三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

三维复杂山地多级次群推进迎风混合法多波型走时计算

三维复杂山地条件下的各种地震波型的走时计算技术,可以直接用于复杂山地区域地震波运动学特性的分析、地震数据采集观测系统的设计以及直接基于三维复杂地表的地震数据处理技术的研发.为了在三维复杂地表条件下准确、灵活且稳定地计算各种地震波型的走时,提出一种多级次群推进迎风混合法.该算法利用不等距迎风差分法简洁稳定地处理三维复杂地表及附近的局部走时计算问题,利用计算精度不错的迎风双线性插值法处理绝大部分均匀正方体网格中的局部走时计算问题,利用群推进法模拟三维复杂地表条件下地震波前的扩展问题,利用多级次算法处理各种类型的地震波的走时计算问题.算法分析和计算实例表明：新方法具有很好的计算精度与效率,且能灵活稳定地处理三维复杂地表复杂介质条件下的多波型走时计算问题.

     

任意介质中的动态规划法地震波三维走时计算

任意介质中的地震波三维走时计算是复杂介质情况下Kirchhoff积分法三维叠前深度偏移及走时层析成像的核心.走时算法的效率及精度决定了成像方法的应用范围及效果,对复杂地质构造区域的地震波成像时需要有稳健的走时计算方法.本文把Schneider等提出的用动态规划法计算二维任意复杂介质中走时的方法推广到三维.此方法的核心是构造从源点到当前计算点的平均慢度,基于Fermat原理,用球面波近似导出走时计算所用的公式,并用动态规划法搜索到达当前计算点的初至走时.它适用于任意复杂的介质情况,对速度差异没有限制,计算过程中考虑到各个可能的方向到达当前计算点的初至波.首波及回转波的初至走时也能正确地计算出来.各种理论速度模型上的走时计算及胜利油田某探区的三维叠前深度偏移的成功实践验证了方法的正确性.     

地震波走时的有限差分法计算

类似于Claerbout思想,将波动方程在射线理论中的对偶——镜像方程写为上、下行波方程的形式.对变换得到的守恒型偏微分方程,用E-O格式,可计算出任意速度构造的二维网格上各点的地震波走时.文中证明了守恒型偏微分方程的通量为一凸函数,采用单调的守恒型差分格式,精度符合要求.计算速度比目前所用的各种计算走时的方法都快得多,算法也便于向量化.     

复杂地表条件下基于线性插值和窄带技术的地震波走时计算

为了在复杂地表条件下实现地震波走时计算,提出了一种基于线性插值和窄带技术的走时计算新方法.其中,线性插值用于局部走时计算,窄带技术用于局部波前捕获和追踪.为了逼近起伏地表,采用三角网和矩形网相结合的方法对速度模型进行剖分.为了得到局部走时计算公式,利用费马（Fermat）原理和关于入射点位置的限定条件.有关编程实践和数值试验表明：新方法不仅可以有效、灵活地处理地表高程的剧烈变化,而且还具有很好的适应性和稳定性,得到的计算结果满足波前传播规律.     

地震波走时的有限差分法计算

类似于Claerbout思想,将波动方程在射线理论中的对偶--镜像方程写为上、下行波方程的形式.对变换得到的守恒型偏微分方程,用E-O格式,可计算出任意速度构造的二维网格上各点的地震波走时.文中证明了守恒型偏微分方程的通量为一凸函数,采用单调的守恒型差分格式,精度符合要求.计算速度比目前所用的各种计算走时的方法都快得多,算法也便于向量化.     

地震波走时和射线的有限差分计算

以往都是采用射线追踪的方法计算地震波的走时和射线，但是当速度模型复杂时这种方法存在一些问题。本文提出另一种计算地震波走时和射线的方法。该方法从程函方程出发，利用互换原理和Ｆｅｒｍａｔ原理计算出各种波的到时和射线。解决了射线追踪方法存在的问题。为地震波走时和射线的计算以及地震波走时反演开辟了一条新途径。     

地震波走时场模拟的快速推进法和快速扫描法比较研究

地震波走时信息在叠前偏移、叠前速度分析、地震层析成像、走时反演及地震定位等中都有重要应用.快速推进法因其理论完善、精确灵活,无条件稳定,近年来已在走时计算领域得到广泛应用.快速扫描法作为求解一阶非线性双曲型偏微分方程的高效方法,已在图像处理、计算机视图、控制论等领域得到有效应用,且在走时计算方面有所应用且展现了广泛的应用前景.本文介绍了两种方法的基本原理且(通过均匀介质模型、局部低速体模型和Marmousi模型)把两种方法做了详细对比.研究结果表明:1)基于逆风差分格式的快速推进法和快速扫描法对纵横向速度变化很大的不均匀介质依然有很好的稳定性和适用性,均可以准确地计算地震波初至走时;2)对于相同的模型和在相同的计算条件下,两种方法的精度相当,但快速扫描法所耗的CPU时间较快速推进法明显减少,效率显著提高.     

大同地震台远震波形走时残差的计算和应用

选取大同地震台记录的2010-2019年531个Ms≥5.0地震事件,根据发震区域的不同对其波形走时残差进行分析,得到不同发震区域地震波形的平均走时残差.结果 表明,日本、喜马拉雅地区地震波形的走时残差总体为负值,平均残差分别为-1.51 s、-0.70 s;斐济、中国台湾地区、南美洲西海岸地区大多为正值,平均残差为0...     

3D P‐wave traveltime computation in transversely isotropic media using layer‐by‐layer wavefront marching

Subsurface rocks (e.g. shale) may induce seismic anisotropy, such as transverse isotropy. Traveltime computation is an essential component of depth imaging and tomography in transversely isotropic media. It is natural to compute the traveltime using the wavefront marching method. However, tracking the 3D wavefront is expensive, especially in anisotropic media. Besides, the wavefront marching method usually computes the traveltime using the eikonal equation. However, the anisotropic eikonal equation is highly non‐linear and it is challenging to solve. To address these issues, we present a layer‐by‐layer wavefront marching method to compute the P‐wave traveltime in 3D transversely isotropic media. To simplify the wavefront tracking, it uses the traveltime of the previous depth as the boundary condition to compute that of the next depth based on the wavefront marching. A strategy of traveltime computation is designed to guarantee the causality of wave propagation. To avoid solving the non‐linear eikonal equation, it updates traveltime along the expanding wavefront by Fermat's principle. To compute the traveltime using Fermat's principle, an approximate group velocity with high accuracy in transversely isotropic media is adopted to describe the ray propagation. Numerical examples on 3D vertical transverse isotropy and tilted transverse isotropy models show that the proposed method computes the traveltime with high accuracy. It can find applications in modelling and depth migration.     

三维地质模型中地震波共轭梯度非线性走时反演

地震体波走时层析成像是探测地球内部速度结构的重要方法之一。基于三维块状建模以及三角形拼接的界面描述方式,结合快速高效的逐段迭代射线追踪方法,获得三维复杂地质模型中的地震射线路径与走时信息,采用共轭梯度非线性反演算法,进行地震波走时反演。实验结果表明共轭梯度反演算法在三维层状模型中具有较高的有效性。     

基于非规则双重网格的三维声波方程模拟

三维声波方程相比二维声波方程能够更好的模拟三维空间的地震波传播,模拟标量近似下的弹性波在三维复杂介质的传播过程.基于非规则网格的正演模拟方法的格子法可以处理很好的刻画起伏地表、速度间断面等复杂构造,但是这类方法需要大量的几何描述来描述网格.本文提出了三维六面体双重网格的格子法来模拟声波方程,一方面该方法继承了格子法能够灵活处理自由表面和速度间断面的特性.另一方面,该方法通过双重网格的实现极大的减少了几何描述文件的大小,可以最大的实现GPU加速,实现粗粒度并行,在节省了几何描述空间的同时达到了很高的加速比.

     

快速3D抛物Radon变换地震数据保幅重建

为解决3D AVO地震数据快速保幅重建问题,在传统3D抛物Radon变换的基础上提出一种3D快速高阶抛物Radon变换方法.该方法将传统抛物Radon变换与正交多项式相结合,通过正交多项式系数描述地震数据AVO信息,确保重建后的地震数据具有良好保幅效果.同时,该方法引入新变量λ_x=q_xf和λ_y=q_yf,通过对q_xf和q_yf的整体采样,消除了3D高阶抛物Radon变换算子对频率的依赖,使变换算子的求逆过程仅需计算一次,大大节省计算时间.理论模型和实际地震资料的处理结果表明,该方法重建效率高,保幅效果良好.

     

三维弹性波数值模拟中的吸收边界条件

在地震波传播数值模拟的过程中,需要使用吸收边界条件从而达到衰减人为边界 反射的目的. 本文基于傍轴近似法提出了计算三维弹性波方程的吸收边界条件公式,表示了 各边界面、边棱和角点处波场所满足的单程波方程,并在三维弹性波数值模拟中进行了应用 . 理论模型及三维盐丘地质模型波场切片快照试算结果表明,该吸收边界条件可以有效地吸 收人为边界反射,适用于较大入射角情况,从而消除了边界有效波信息的干扰. 由于采用四 阶近似方程,在保证计算精度的前提下,该方法具有节省计算工作量和易于实现的特点.     

大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟的并行计算研究

为了更有效的提高大地电磁三维正演的计算速度,引入了并行处理技术.大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟是按照不同频率来计算的,各频率之间求取电磁场值的过程是相互独立的.根据这一特点,可以将多个频率的计算任务平均划分为一个或者几个频率的计算子任务,分配到各个计算节点去并行执行,计算完成后将结果汇总.本文通过采用主从并行模式、分频并行计算的方案,在曙光TC5000A高性能并行平台上实现了基于MPI的大地电磁三维正演的并行计算.通过两个理论模型对实现的大地电磁三维正演并行算法进行试算,对比分析了多个节点机下程序的执行效率.测试结果表明,所实现的三维正演并行算法是正确的、高效的,为进一步的大地电磁三维反演并行算法研究奠定了重要基础.